Лекция 2 введение Сложные системы

План лекции

1. Понятие сложной системы

2. Факторы. Действующие на процесс функционирования сложной системы

3. Показатели, характеризующие свойства сложных систем

3. Задачи исследования сложных систем

1. Понятие сложной системы

Как уже говорилось, представление о сложной системе возникает при исследовании таких объектов, как крупный производственный комплекс, система городского транспорта, связи, энергоснабжения, сложные управляющие системы типа АСУ и др. Сложность этих систем заключается не только в увеличении числа, сколько в разнообразии и неоднородности компонентов, связей между ними. На современном эта­пе создаются не просто машины, а системы машин, объединяющие как машины, так и людей-операторов. Сложность таких человеко-машинных систем возрастает с развитием вычислительной техники. Сегодня ЭВМ органически включается в человеко-машинные системы, существенно преобразуя человеческую деятельность.

Спецификой сложных систем является также то, что при их про­ектировании необходимо учитывать окружающую среду. Окружающая сре­да рассматривается как внешний элемент системы. Важно отметить, что окружающая среда включает в себя не только природу, но и эко­номическую, социальную и т.п. среду, в которой функционирует и на которую влияет современная техника.

Таким образом, сложной системой называют человеко-машинную систему, состоящую из достаточно большого количества разнородных элементов и связей, включая окружающую среду.

Одним из важных аспектов понятия сложности является ее двоя­кая природа. Следует различать структурную, или статическую, слож­ность и динамическую сложность. Структурная сложность, включающая связность и структуру подсистем, отражает способ, которым подсис­темы объединяются в единое целое. При этом различают хорошо орга­низованные системы, в которых удается выделить элементы системы, установить их взаимосвязь и правила объединения а более крупные компоненты, и плохо организованные системы (или диффузные систе­мы), в которых нет возможности расчленить систему на подсистемы и изучать каждую отдельно, выделив эффекты от воздействий с совер­шенно различной физической природой. Динамическая сложность связа­на с поведением системы во времени, которое часто носит непредска­зуемый характер. Как отмечалось ранее, иерархичность является фун­даментальным свойством всех систем. Сложные системы также предс­тавляются как многоуровневые построения из взаимодействующих элементов, объединенных в подсистемы.

Основным процессом в сложной системе является процесс функци­онирования, направленный на достижение определенной цели для сложной системы иногда бывает трудно точно сформулировать эти це­ли. Тогда обычно перечисляются определенные требования к системе. Работа отдельных подсистем и элементов, а также их взаимодействие в системе организуются таким образом, чтобы выполнить поставленные требования.

2. Факторы, действующие на процесс функционирования сложной системы

Имеются два основных фактора: наличие управления и наличие большого количества случайных воздействий.

Управление играет важную роль в процессе функционирования сложной системы. Оно организует таким образом работу отдельных частей системы, что обеспечивается выполнение поставленных перед ней задач.

Управление представляет собой процесс сбора, передачи, хране­ния и переработки информации с помощью специальных средств, а так­же выработки управляющих сигналов или воздействий. Средства управ­ления получают информацию от элементов системы об их состоянии. Кроме того, они могут принимать часть информации извне. Сформиро­ванные на основе переработки этой информации сигналы передаются к элементам и исполнительным органам системы и изменяют их состояние или режим работы.

При рассмотрении управления в системе выделяют контуры управ­ления, по которым циркулирует поток информации. Как правило эти контуры замкнуты и управление осуществляется по принципу обратной связи. В широком понимании этот принцип означает наличие механизма учета разницы между целью и достигнутым результатом. При наличии отклонений от цели вырабатываются корректирующие управляющие сиг­налы.

Важной характеристикой управления является степень его цент­рализации. Если управление сложной системой сосредоточено в одном органе, то говорят о централизованном управлении. Возможны различ­ные степени децентрализации, в частности, полностью децентрализо­ванное управление. Такое управление полностью сосредоточено в эле­ментах.

При децентрализации снижается качество управления. То же наб­людается и при полной централизации в случае, если управляющий ор­ган не в состоянии переработать в реальном времени поток осведоми­тельной информации.

Рассмотрим случайные воздействия на систему. Они делятся на внешние и внутренние. Внешние воздействия связаны со случайными изменениями той среды, в которой происходит работа системы, напри­мер, погодных условий. Ряд внешних факторов объединяют названием "колебание нагрузки". Это, например, резкое увеличение числа заявок на телефонные разговоры, значительные изменения пассажиропото­ка на транспорте, включение мощных потребителей электроэнергии и др. Внутренние случайные факторы связаны с ненадежной работой эле­ментов системы. Это случайные выходы параметров за допустимые пре­делы, выходы из строя отдельных элементов системы.

Учет случайных факторов сильно усложняет исследование системы и в ряде случаев их пытаются исключить, заменяя влияние некоторого случайного фактора Х средним значением. Во многих случаях это неп­равомерно. Рассмотрим пример. Пусть Х случайная величина, описыва­ющая один из факторов, а У - одна из величин, описывающая резуль­таты работы системы. В общем случае y=f(x), т.е. действие фактора отражается на результатах работы системы. Таким образом, У тоже случайная величина. Возникает вопрос, можно ли получить правильное представление о работе системы при усредненном случайном факторе Х ?. Другими словами, справедливо ли что M(y)=f(M(x)). Пусть, на­пример, f(x)=x². Тогда M(y)=M(x²), а f(M(x))=(M(x))².

Так как M(x²) = (M(x))² + D(x) получим M(y)-f(M(x))=D(x).

Таким образом, если разброс значений х велик, то переход к среднему значению сильно искажает результаты. Среднее значение ре­зультата смещается, что характерно для сложных систем.